(57)【要約】【課題】外極側での磁場勾配を高めると共に、吊荷以外に漏れる磁束を低減することにより吸着効率を高めることができるリフティングマグネットを提供する。【解決手段】リフティングマグネット１ａは、所定方向に延びる強磁性の内極１２と、内極１２の周囲に巻回された第１のコイル２０と、第１のコイル２０の周囲に巻回された第２のコイル２１と、第２のコイル２１の周囲に設けられた強磁性の外極１３と、コイル２０，２１の他端側に設けられた強磁性のヨーク１１と、一端が非磁性部材１５から露出するようにコイル２０及び２１の間に設けられた強磁性の間極１４とを備える。このように、従来のコイルを２つのコイル２０，２１に分割し、内極１２及び外極１３と同様に極として機能する間極１４をコイル２０及び２１の間に設けることによって、外極側での磁場勾配を高めると共に、吊荷以外に漏れる磁束を低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に延びる強磁性の内極と、
前記内極の周囲に巻回された第１のコイルと、
前記第１のコイルの周囲に巻回された第２のコイルと、
前記第２のコイルの周囲に設けられた強磁性の外極と、
前記第１及び第２のコイルの一端側に設けられた非磁性部材と、
一端が前記非磁性部材から露出するように前記第１及び第２のコイルの間に設けられた強磁性の間極と
を備えることを特徴とする、リフティングマグネット。
【請求項２】
前記間極が、前記内極の外側面と前記外極の内側面との中間に配設されていることを特徴とする、請求項１に記載のリフティングマグネット。
【請求項３】
前記間極が、前記第１及び第２のコイルの全周に亘り連続して設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のリフティングマグネット。
【請求項４】
前記内極、前記間極、及び前記外極それぞれの一端が同一平面内に位置していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリフティングマグネット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフティングマグネット（吊り上げ用電磁石）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リフティングマグネットは、電磁石の磁力によって鋼材等を吊り上げ、運搬するための装置である。特許文献１には、吊上げ電磁石（リフティングマグネット）の例が示されている。図７は、この吊上げ電磁石の構造を示す側面断面図である。図７を参照すると、吊上げ電磁石１００は、内部鉄芯１０２、外部鉄芯１０４、上側鉄芯１０６、及び励磁コイル１０８を備えている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６８５４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リフティングマグネットとしては、少ない励磁電流でより高い吸着力（磁力）が得られるものが好ましい。しかしながら、図７に示したような従来のリフティングマグネット（吊上げ電磁石）においては、重量一定で性能を上げるためマグネット外径を広げ、全体を扁平にした場合、吊荷を通るはずの磁束の一部が吊荷を通らず励磁コイルの内部など吊荷以外の場所に漏れてしまう。このことが、リフティングマグネットの吸着効率を低下させる一因となっていた。
【０００５】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、磁束の漏れを低減して吸着効率を高めることができるリフティングマグネットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明によるリフティングマグネットは、所定方向に延びる強磁性の内極と、内極の周囲に巻回された第１のコイルと、第１のコイルの周囲に巻回された第２のコイルと、第２のコイルの周囲に設けられた強磁性の外極と、第１及び第２のコイルの一端側に設けられた非磁性部材と、第１及び第２のコイルの他端側に設けられた強磁性のヨークと、一端が非磁性部材から露出するように第１及び第２のコイルの間に設けられた強磁性の間極とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明者は、図７に示したような従来の構成に対して、コイルを第１及び第２のコイルに分割し、内極及び外極と同様に極として機能する間極を第１及び第２のコイルの間に設けることによって、コイルの内部やコイルと吊荷との隙間への磁束の漏れを低減できることを見出した。すなわち、上記したリフティングマグネットによれば、磁束の漏れを低減して吊荷中に磁束を効率よく通すことができるので、従来の構成と比較してリフティングマグネットの吸着効率を高めることができる。
【０００８】
また、リフティングマグネットは、間極が、内極の外側面と外極の内側面との中間に配設されていることを特徴としてもよい。コイルアスペクト比の最適化を考慮すると、間極は、内極の外側面と外極の内側面との中央付近、特に中間に配設されることが好ましい。
【０００９】
また、リフティングマグネットは、間極が、第１及び第２のコイルの全周に亘り連続して設けられていることを特徴としてもよい。これにより、リフティングマグネットの全周に亘って間極による上記効果が得られるので、リフティングマグネットの吸着効率を効果的に高めることができる。
【００１０】
また、リフティングマグネットは、内極、間極、及び外極それぞれの一端が同一平面内に位置していることを特徴としてもよい。これにより、例えば吊荷の被吸着面が平面である場合に、内極、間極、及び外極を吊荷の該被吸着面に密着させて透磁率を高めることができる。従って、リフティングマグネットの吸着効率を効果的に高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のリフティングマグネットによれば、外極側での磁場勾配を高めると共に、コイルの内部等吊荷以外に漏れる磁束を低減することにより、吸着効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるリフティングマグネットの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１（ａ）は、本発明によるリフティングマグネットの一実施形態の構成を示す側面断面図である。また、図２は、図１（ａ）に示したリフティングマグネット１ａのＩ−Ｉ線に沿った断面を示す断面図である。なお、本実施形態のリフティングマグネット１ａは軸線Ｃを中心とする円柱状の外観を有しており、図１（ａ）では軸線Ｃに対して片側の断面の図示を省略している。
【００１４】
図１（ａ）及び図２を参照すると、本実施形態のリフティングマグネット１ａは、ケース１０、コイル２０及び２１、並びに固定材４１及び４２を備えている。コイル２０は、本実施形態における第１のコイルであり、後述する内極１２の周囲に導線が巻回されて成る。また、コイル２１は、本実施形態における第２のコイルであり、コイル２０の周囲に導線が巻回されて成る。
【００１５】
ここで、図１（ｂ）は、コイル２０，２１の部分断面（図中のＡ１及びＡ２）の構造を詳細に示す拡大図である。コイル２０，２１は、導線２２及び絶縁被覆膜２３を有している。導線２２は、複数の層にわたって中心軸線Ｃ周りに巻回されている。導線２２は、例えばアルミニウムといった導電性の材料からなる。また、絶縁被覆膜２３は、例えば絶縁紙などによって構成されており、導線２２を覆っている。なお、コイル２０の導線２２とコイル２１の導線２２とは互いに繋がっていてもよく、或いは互いに独立していてもよい。
【００１６】
ケース１０は、コイル２０及び２１を収容するための部材である。ケース１０は、コイル２０及び２１の一端側に配置された底板としての非磁性部材１５と、コイル２０及び２１の他端側に配置された天板としてのヨーク１１と、コイル２０の内側に配置された内極１２と、コイル２１の外側に配置された外極１３と、コイル２０及び２１の間に設けられた間極１４とを含んで構成されている。ヨーク１１、内極１２、外極１３、及び間極１４は、それぞれ鉄等の強磁性体からなる。
【００１７】
内極１２は、コイル２０の内側面２０ｂに沿ってコイル２０の巻回軸方向（すなわち中心軸線Ｃに沿った所定方向）に延びる棒状の部材であり、コイル２０とともに第１の電磁石を構成する。すなわち、コイル２０に励磁電流が流れると、内極１２の内部に磁界が形成され、内極１２の一端側の端部１２ａが第１の電磁石の一方の極となる。なお、端部１２ａはケース１０に対して取り外し可能に構成されており、損耗に応じて交換される。
【００１８】
間極１４は、コイル２０の外側面２０ｃ及びコイル２１の内側面２１ｂに沿って上記所定方向に延びる筒状の部材であり、コイル２１とともに第２の電磁石を構成する。すなわち、コイル２１に励磁電流が流れると、間極１４の内部に磁界が形成され、間極１４の一端側の端部１４ａが第２の電磁石の一方の極となる。本実施形態の間極１４は、図２に示すように、コイル２０及び２１の全周に亘って連続する環状に設けられている。なお、端部１４ａは間極１４に対して取り外し可能に構成されており、損耗に応じて交換される。
【００１９】
外極１３は、コイル２１の外側面２１ｃに沿って上記所定方向に延びる筒状の部材である。コイル２０及び２１に励磁電流が流れると、外極１３の内部に磁界が形成され、外極１３の一端側の端部１３ａが第１及び第２の電磁石の他方の極となる。端部１３ａは、内極１２の端部１２ａと同様にケース１０に対して取り外し可能に構成されており、損耗に応じて交換される。端部１２ａ、１３ａ、及び１４ａの下端（すなわち内極１２、外極１３、及び間極１４の一端）は同一平面内に位置しており、例えば吊荷の吸着面が平面である場合、端部１２ａ、１３ａ、及び１４ａが吊荷の被吸着面に当接する。
【００２０】
非磁性部材１５は、コイル２０の一端側の端面２０ａ、及びコイル２１の一端側の端面２１ａに沿って設けられた円板状の部材である。非磁性部材１５は、各磁極１２〜１４における磁場を乱さないように、例えば高マンガン系オーステナイト鋼やＮｉ−Ｃｒ系オーステナイトステンレス鋼といった非磁性体によって構成されている。また、非磁性部材１５は、内極１２が貫通するための開口１５ａを中央部に有しており、内極１２の一端が非磁性部材１５から下方に露出している。また、非磁性部材１５は、間極１４が貫通するための環状の開口１５ｂを中央部と外周部との間の中間部に有しており、間極１４の一端が非磁性部材１５から下方に露出している。非磁性部材１５の外周部（縁部１５ｃ）は、外極１３に固定されている。
【００２１】
ヨーク１１は、コイル２０の他端側の端面２０ｄ、及びコイル２１の他端側の端面２１ｄに沿って設けられた円板状の部材である。内極１２の他端はヨーク１１の中央部に固定されており、外極１３の他端はヨーク１１の外周部付近に固定されており、間極１４の他端はヨーク１１の中央部と外周部との間の中間部に固定されている。なお、これらの各極１２〜１４とヨーク１１との固定方法としては、溶接やボルト締め等が好適である。コイル２０，２１に励磁電流が流れると、磁束はヨーク１１の内部を通る。これにより、内極１２、外極１３、及び間極１４の端部１２ａ、１３ａ、及び１４ａに磁場を効率よく発生させることができる。
【００２２】
固定材４１及び４２は、コイル２０及び２１とケース１０との隙間をそれぞれ埋めて固まることにより、ケース１０内においてコイル２０及び２１を固定するための部材である。固定材４１及び４２は、例えばエポキシ樹脂などの絶縁材料からなる。
【００２３】
以上の構成を備えるリフティングマグネット１ａにおいては、励磁コイルが第１のコイル２０及び第２のコイル２１に分割されており、内極１２及び外極１３と同様に極として機能する間極１４がコイル２０及び２１の間に設けられている。ここで、図３（ａ）は、このような間極１４を備えるリフティングマグネット１ａにおける磁束の分布例を示す図である。なお、図３（ｂ）は、比較のため、間極１４を備えない従来のリフティングマグネットにおける磁束の分布例を示す図である。
【００２４】
まず比較例（図３（ｂ））を参照すると、理想的には吊荷Ｌを通るはずの磁束の一部が、コイル１０８の内部や、リフティングマグネット１００以外のところに漏れていることがわかる。このため、コイル１０８を流れる励磁電流の大きさに対して吊荷Ｌを通る磁束の密度が小さくなってしまい、吸着効率が抑制される一因となる。
【００２５】
特に、重量一定で性能を上げるため、マグネット外径を広げて全体を扁平にした場合、極同士の間隔Ｄと各極の高さＨとのアスペクト比（Ｄ／Ｈ）が大きくなり、コイルの内部等吊荷以外に漏れる磁束が増える。これに対し、本実施形態においては、間極１４を設けることによってアスペクト比（Ｄ／Ｈ）を最適化（Ｄ／Ｈ≒１）することにより、磁束の流れが制御され、図３（ａ）に示すように、コイル２０，２１の内部や、リフティングマグネット１ａと吊荷Ｌとの隙間に漏れる磁束が格段に低減される。このように、本実施形態のリフティングマグネット１ａによれば、吊荷以外に漏れる磁束を低減して吊荷Ｌに磁束を効率よく通すことができるので、従来の構成と比較してリフティングマグネット１ａの吸着効率を高めることができる。
【００２６】
また、本実施形態のリフティングマグネット１ａにおいては、図３（ａ）に示すように、内極１２、間極１４を通った磁束は外極１３を通る。間極１４と外極１３を通る磁束に対して、内極１２と外極１３を通る磁束はその外側を通る。
【００２７】
また、上記効果によって、所要の磁力を発生させるために必要な励磁電流を小さくできるので、コイル２０，２１におけるジュール熱の発熱量を抑制できる。更に、コイル２０，２１において発生したジュール熱を間極１４を介して外部へ放出できる。これらにより、コイル２０，２１の温度上昇に起因する吸着力の低下を抑え、必要な吸着力を長時間にわたって保持できる。
【００２８】
また、図４（ａ）〜（ｄ）は、間極１４の配置を様々に変更した場合を示す断面図である。図４（ａ）は、内極１２の外側面１２ｂと間極１４との間隔Ｄ１と、外極１３の内側面１３ｂと間極１４との間隔Ｄ２との比（Ｄ１：Ｄ２）を１：２とした場合を示している。図４（ｂ）は、上述の比（Ｄ１：Ｄ２）を１：１とした場合（すなわち、間極１４が内極１２の外側面１２ｂと外極１３の内側面１３ｂとの中間に配設されている場合）を示している。図４（ｃ）及び（ｄ）は、上述の比（Ｄ１：Ｄ２）を３：２とした場合、及び２：１とした場合をそれぞれ示している。このように、間極１４の位置は、マグネット外径やアスペクト比に応じて変更してもよい。
【００２９】
図５は、間極１４を内極１２の外側面１２ｂと外極１３の内側面１３ｂとの中間に配設した場合（図４（ｂ））における、マグネット電流と吊り荷重の大きさ（吊能力）との相関を示すグラフＧ１と、比較のため、間極１４を備えない構成におけるマグネット電流と吊り荷重の大きさとの相関を示すグラフＧ２とを示している。これらのグラフＧ１及びＧ２において、マグネット重量及び定格電力は同一であり、吊荷Ｌとして嵩比重１．３の屑鉄を仮定している。また、各グラフの吊能力値については、駆動初期の低温状態におけるグラフＧ２の吊能力を１００％としている。また、各グラフのマグネット電流値については、駆動初期の低温状態での値を１００％としている。
【００３０】
図５に示すように、間極１４を中間に備える場合（グラフＧ１）の吊り荷重は、間極１４を備えない場合（グラフＧ２）と比較して、駆動初期の低温状態、及び駆動してから長時間経過した後の高温状態の双方で３５％増となった。このように、間極１４を内極１２の外側面１２ｂと外極１３の内側面１３ｂとの中間（ほぼ真ん中）に配設することにより、磁束の漏れを効果的に低減し、リフティングマグネット１ａの吸着効率を高め得る。
【００３１】
また、本実施形態のように、間極１４は、コイル２０及び２１の全周に亘り連続して設けられることが好ましい。これにより、リフティングマグネット１ａの全周に亘って間極１４による上記効果が得られるので、リフティングマグネット１ａの吸着効率を効果的に高めることができる。
【００３２】
また、本実施形態のように、内極１２、外極１３、及び間極１４それぞれの一端は同一平面内に位置していることが好ましい。これにより、例えば吊荷の被吸着面が平面である場合に、内極１２、外極１３、及び間極１４による吊荷との吸着面積を広げ、透磁率を高めることができる。従って、リフティングマグネット１ａの吸着効率を効果的に高めることができる。
【００３３】
なお、吊荷の被吸着面が必ずしも大きな平面を有さない場合には、内極１２及び外極１３の一端と間極１４の一端とが同一平面内でなくとも、同様に吸着効率を高めることができる。
【００３４】
（変形例）
図６は、上記実施形態の変形例に係るリフティングマグネット１ｂの構成（図２と同様の平面断面）を示す断面図である。本変形例のリフティングマグネット１ｂと上記実施形態のリフティングマグネット１ａとの構成上の相違点は、間極の形状である。なお、間極以外の構成については、上記実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。
【００３５】
図６を参照すると、本変形例のリフティングマグネット１ｂは、上記実施形態の間極１４に代えて間極１６ａ〜１６ｃを備える。間極１６ａ〜１６ｃは、コイル２０の外側面２０ｃ及びコイル２１の内側面２１ｂに沿って湾曲した板状の部材であり、コイル２０，２１の巻回軸方向に延びている。間極１６ａ〜１６ｃは、それぞれ一定の間隔をあけてコイル２０，２１の周方向に並置されている。コイル２１に励磁電流が流れると、間極１６ａ〜１６ｃそれぞれの内部に磁界が形成され、間極１６ａ〜１６ｃの一端側の端部（不図示）が電磁石の極となる。なお、間極１６ａ〜１６ｃとコイル２０，２１との隙間には、樹脂などの固定材４３が埋め込まれており、ケース内においてコイル２０及び２１を固定している。
【００３６】
本変形例の構成によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、上記実施形態と比較して間極１６ａ〜１６ｃの体積がより小さくて済むので、重量軽減やコスト減が可能となる。
【００３７】
本発明によるリフティングマグネットは、上記した実施形態及び各変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び変形例においては、内極と外極との間に一層の間極を備える構成を説明したが、本発明の間極は内極と外極との間に複数層設けられても良い。この場合、コイルは各極の間にそれぞれ設けられ、３個以上となる。また、上記実施形態及び変形例においては、間極の一端が内極及び外極の一端と同一平面にある場合を説明したが、間極は非磁性部材から露出していればよく（すなわち、間極の端面が非磁性部材によって覆われていなければよく）、間極の長さ（高さ）が内極及び外極の長さ（高さ）より短くてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）本発明によるリフティングマグネットの一実施形態の構成を示す側面断面図である。（ｂ）コイルの部分断面の構造を詳細に示す拡大図である。
【図２】図１（ａ）に示したリフティングマグネットのＩ−Ｉ線に沿った断面を示す断面図である。
【図３】（ａ）間極を備えるリフティングマグネットにおける磁束の分布例を示す図である。（ｂ）間極を備えない従来のリフティングマグネットにおける磁束の分布例を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）間極の配置を様々に変更した場合を示す断面図である。
【図５】間極を内極と外極との中間に配設した場合、及び、間極を備えない場合のそれぞれにおける、マグネット電流と吊り荷重の大きさ（吊能力）との相関を示すグラフである。
【図６】変形例に係るリフティングマグネットの構成を示す断面図である。
【図７】従来の吊上げ電磁石の構造を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ，１ｂ…リフティングマグネット、１０…ケース、１１…ヨーク、１２…内極、１３…外極、１４，１６ａ〜１６ｃ…間極、１５…非磁性部材、２０，２１…コイル、２２…導線、２３…絶縁被覆膜、４１〜４３…固定材。
【図１】
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【図２】
2007217119.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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